第三章常用光電電路

1、第三章 常用光電電路C1TRIG2Q3R45THR67VCC8GND1555R1R2VCC方波輸出T1T2一、常用電路介紹o 1、方波發(fā)生電路、方波發(fā)生電路（1）555定時器方波發(fā)生電路定時器方波發(fā)生電路.(),.11212210 6930 693TRR C TR C12TTT112122TRRDTRR占空比占空比周期周期一、常用電路介紹o 1、方波發(fā)生電路、方波發(fā)生電路（2）非門構(gòu)成的無穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器非門構(gòu)成的無穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器 該電路輸出方波的上升、下降沿時間較短，并可調(diào)節(jié)頻率該電路輸出方波的上升、下降沿時間較短，并可調(diào)節(jié)頻率和波形對稱性。調(diào)節(jié)和波形對稱性。調(diào)節(jié)VR1VR1可改變波形的對稱性

2、，調(diào)節(jié)可改變波形的對稱性，調(diào)節(jié)VR2VR2可可改變波形的頻率。改變波形的頻率。 12IC1A740434IC1B740456IC1C740489IC1D7404C1VR1VR2方波輸出R2R3R1R4C1D1D2D3D4IC1+VCC-VCC方波輸出一、常用電路介紹o 1、方波發(fā)生電路（3）由運算放大器構(gòu)成的方波發(fā)生器由運算放大器構(gòu)成的方波發(fā)生器 21RRD tfZtfzUUUUUUCRRTln)(121方波占空比因數(shù)：方波占空比因數(shù)：周期：周期：4304RRURUt0UZUfU其中，為方波輸出輻度，為齊納二極管的齊納電壓，為二極管的正向壓降。 Q1R1R2L1C1VCC方波輸入一、常用電路介

3、紹o 2、光發(fā)射驅(qū)動電路（1）LED驅(qū)動2RUUVICEfCCPfUCEU三極管Q1采用開關(guān)管，在輸入方波的驅(qū)動下處于開關(guān)狀態(tài)，電容C1起加速作用。對于一些簡單的應(yīng)用場合，該電路也適合用于激光二極管的驅(qū)動。流過LED的峰值電流為：其中LED正向?qū)▔航担瑸槿龢O管飽和時CE端壓降。一、常用電路介紹o 2、光發(fā)射驅(qū)動電路（激光二極管）（2）射極耦合射極耦合LD驅(qū)動電路驅(qū)動電路 半導(dǎo)體三極管半導(dǎo)體三極管BG1、BG2通過射極通過射極電阻電阻Re耦合形成電流開關(guān)。耦合形成電流開關(guān)。BG1、BG2輪流工作在導(dǎo)通輪流工作在導(dǎo)通-截止的開關(guān)截止的開關(guān)狀態(tài)。當(dāng)狀態(tài)。當(dāng)Vin為為“0”碼時，則碼時，則BG1導(dǎo)通

4、、導(dǎo)通、BG2截止，截止，LD上只有電流上只有電流IB流過，故流過，故LD不發(fā)出激光；當(dāng)不發(fā)出激光；當(dāng)Vin為為“1”碼時，則碼時，則BG1截止、截止、BG2導(dǎo)通，導(dǎo)通，LD上有電流上有電流IM+IB流過，故流過，故LD發(fā)出激光。射極耦合電流開關(guān)發(fā)出激光。射極耦合電流開關(guān)驅(qū)動電路適用于中速率和高速率光驅(qū)動電路適用于中速率和高速率光纖通信系統(tǒng)。纖通信系統(tǒng)。IB為為LD的閾值電流。的閾值電流。 C1C2R3R4R2R1Q1方波輸入D2D1L1VCC一、常用電路介紹o 2、光發(fā)射驅(qū)動電路（3）脈沖驅(qū)動電路脈沖驅(qū)動電路 三極管三極管Q1處于開關(guān)狀態(tài)，處于開關(guān)狀態(tài)，當(dāng)輸入信號為高電平時當(dāng)輸入信號為高電平

5、時Q1飽和導(dǎo)通，電容飽和導(dǎo)通，電容C1通過通過Q1、LD放電；當(dāng)放電；當(dāng)輸入信號為低電平時，輸入信號為低電平時，Q1截止，截止，VCC經(jīng)經(jīng)R3向向電容電容C1充電，由此充電，由此LD產(chǎn)生光脈沖，光脈沖寬產(chǎn)生光脈沖，光脈沖寬度由度由C1大小及放電回路大小及放電回路等阻抗決定。等阻抗決定。 Q1Q2LEDLDP1R1R2VR1方波輸入VCC一、常用電路介紹o 2、光發(fā)射驅(qū)動電路（4）帶反饋的帶反饋的LD驅(qū)動電路驅(qū)動電路 光電二極管光電二極管P1用于用于監(jiān)控監(jiān)控LD輸出光功率輸出光功率大小，其輸出的光大小，其輸出的光電流反饋給電流反饋給Q1輸入輸入端，用以調(diào)整端，用以調(diào)整LD的的閾值電流，以起到閾值

6、電流，以起到穩(wěn)定穩(wěn)定LD輸出光功率輸出光功率的作用。的作用。 一、常用電路介紹o 3、光電轉(zhuǎn)換電路（1）光電三極管電路）光電三極管電路 光電三極管有較高的靈敏度，但響應(yīng)速度一般為s級。圖30電路可用于一般場合（如遙控器）的光電轉(zhuǎn)換。PH1R1C1VCC信號輸出C1R1R2R3R4P1Q1Q2VCCHV信號輸出一、常用電路介紹o 3、光電轉(zhuǎn)換電路（2）雙極型光電前置放大電路雙極型光電前置放大電路 雙極型輸入具有輸入阻抗低、輸入電雙極型輸入具有輸入阻抗低、輸入電壓噪聲小、輸入電流噪聲大的特點。壓噪聲小、輸入電流噪聲大的特點。 前置放大器設(shè)計重點之一是要盡量減前置放大器設(shè)計重點之一是要盡量減少電路噪

7、聲，并且前置放大器接收的信號較少電路噪聲，并且前置放大器接收的信號較弱，為此弱，為此Q1的靜態(tài)工作點一般設(shè)置在靠近的靜態(tài)工作點一般設(shè)置在靠近截止區(qū)的位置。截止區(qū)的位置。 光電二極管光電二極管P1可根據(jù)不同的需要選用可根據(jù)不同的需要選用普通光電二極管（普通光電二極管（PD）、帶耗盡層的光電）、帶耗盡層的光電二極管（二極管（PIN）或雪崩光電二極管（）或雪崩光電二極管（APD）。）。R2為跨阻，該放大器的輸出由壓可由下述為跨阻，該放大器的輸出由壓可由下述公式描述：公式描述：其中其中I為光電二極管為光電二極管P1的光電流。的光電流。 2OUR I C1R1R2R3R4P1VCCHV信號輸出Q1Q2Q

8、3R5一、常用電路介紹o 3、光電轉(zhuǎn)換電路(3) FET型光電前置放大電路型光電前置放大電路 輸入極采用FET，它的特點是輸入阻抗大、輸入電壓噪聲大、輸入電流噪聲小。一、常用電路介紹o 3、光電轉(zhuǎn)換電路(4)采用集成器件的光電前置放大電路采用集成器件的光電前置放大電路 IC1R1R2C1P1信號輸出VCCHV 該電路的特點是設(shè)計簡單，但電路的性能取決于采用何種集成電路。 一、常用電路介紹o 4、信號放大電路 信號放大電路一般處于光電接收系統(tǒng)的中間級，該型電路在設(shè)計時著重要考慮的指標(biāo)是： 電壓放大倍數(shù)、帶寬、動態(tài)范圍、線性度等，對噪聲指標(biāo)一般不予重點考慮。由于該型電路接收的信號較大，因此該型電路

9、的靜態(tài)工作點一般設(shè)置在放大區(qū)的中心點。 一、常用電路介紹o 4、信號放大電路（1）晶體管信號放大電路晶體管信號放大電路 晶體管放大器一般可分為共發(fā)射極、共集電極、共基極三種基本形態(tài)，在具體應(yīng)用時可根據(jù)實際情況來選用。采用分立元件的放大器成本較低，但體積偏大，并且設(shè)計較復(fù)雜，許多參數(shù)需經(jīng)計算而確定 。Q1R1R2R3R4C1C2C3信號輸出信號輸入VCCC4IC1RiRfReqCfC2信號輸出信號輸入-VEEVCCIC1RiRfReqCfC1C2信號輸出信號輸入-VEEVCCab一、常用電路介紹o4、信號放大電路（2）采用運放的信號放大電路采用運放的信號放大電路 ifRRKffdBLCRf213

10、ifRRK1ffdBLCRf213反相放大器放大倍數(shù)：反相放大器放大倍數(shù)：低通低通3dB3dB截止頻率：截止頻率：同相放大器同相放大器放大倍數(shù)為：放大倍數(shù)為：低通低通3dB3dB截止頻率：截止頻率：R1R2R5C4C3IC1-VEEVCC信號輸出信號輸入Rp一、常用電路介紹o 5、帶通濾波電路（1）多環(huán)反饋型帶通濾波器多環(huán)反饋型帶通濾波器 圖中電路為采用單運放多環(huán)反饋型RC有源濾波器，該型濾波器具有輸入阻抗高，輸出阻抗低，輸出與輸入之間隔離良好，通帶系數(shù)可以靈活調(diào)節(jié)等優(yōu)點。但可處理的信號頻帶受運算放大器帶寬的限制。 )11(1212150RRRCf1502RRKf)11(21215RRRQCR

11、QfBdB5031設(shè)C3=C4=C，該電路幾個重要參數(shù)的計算公式如下：中心頻率：中心頻率：中心頻率增益：中心頻率增益：等效品質(zhì)因數(shù)：等效品質(zhì)因數(shù)：3dB帶寬：帶寬：一、常用電路介紹o 5、帶通濾波電路（2）積分式帶通濾波器）積分式帶通濾波器321411IC1A567IC1B1098IC1CR1R2R3R4R5R6R7R8C1C2-VEEVCC信號輸入信號輸出一、常用電路介紹o 5、帶通濾波電路（2）積分式帶通濾波器）積分式帶通濾波器o 采用3運放的積分式RC有源帶通濾波器。為了獲得良好的溫度特性，通常選用封裝在一個管殼內(nèi)的運算放大器組。設(shè)R3=R4=R,C1=C2=C，R5=R6=R所參數(shù)的計

12、算公式為：中心頻率： 中心頻率增益：等效品質(zhì)因數(shù)： 3dB帶寬： 從上幾式可以看出，電路值與R無關(guān)。因此，通過調(diào)整R值可以單獨調(diào)節(jié)中心頻率，而改變R1或R2可以單獨改變值。012fRC201fRKR 1212RRQR03dBfBQ321411IC1A567IC1B1098IC1CR1R2R3R4R5R6R7R8C1C2-VEEVCC信號輸入信號輸出一、常用電路介紹o 6、整流電路圖為A半波整流電路，圖B為全波整流電路，圖C為橋式整流電路。半波整流電路整流效率低，全波、橋式整流電路效率高，橋式整流電路可提供浮地輸入。在實際應(yīng)用中可根據(jù)不同的需要選擇具體的整流電路。 D1D2D31234R1R2R

13、3C1C2C3VinVoutVinVoutVinVoutABCR1R2RcRsRLQ1Q2C1C2Dz電壓輸入電壓輸出UoUz圖為采用晶體管的串聯(lián)調(diào)整型穩(wěn)壓電路，其中圖為采用晶體管的串聯(lián)調(diào)整型穩(wěn)壓電路，其中Q1為放大管，為放大管，Q2為調(diào)整管，為調(diào)整管，R1、R2組成采樣電阻網(wǎng)路，組成采樣電阻網(wǎng)路，DZ為基準(zhǔn)電壓穩(wěn)為基準(zhǔn)電壓穩(wěn)壓管。輸出電壓壓管。輸出電壓UO的計算公式為：的計算公式為： 其中為 基準(zhǔn)電壓，為 晶體管Q1基極與發(fā)射極之間的電壓。 一、常用電路介紹o 7、電源電路（1）晶體管穩(wěn)壓電路晶體管穩(wěn)壓電路()1211OZbeRRUUURZU1beU()1211OZbeRRUUURVin1G

14、ND2Vout3U17805C1C2C3電壓輸出電壓輸入一、常用電路介紹o 7、電源電路(2)三端固定輸出穩(wěn)壓電路三端固定輸出穩(wěn)壓電路 三端固定電壓式集成穩(wěn)壓器具有性能好、可靠性高、易于使用等特點。其輸出電壓為固定值，可正可負，在實際使用時可選用合適的輸出電壓型號，目前市場使用較多的有78XX、79XX系列。圖為采用7805三端穩(wěn)壓器穩(wěn)壓電路，輸出電壓值為5V。 Vin1GND2Vout3U1W117MC1C2C3電壓輸出電壓輸入R1VR一、常用電路介紹o 7、電源電路(3) 三端可調(diào)輸出穩(wěn)壓電路三端可調(diào)輸出穩(wěn)壓電路 三端可調(diào)電壓式集成穩(wěn)壓器，具有性能好、可靠性高、易于使用，并且輸出電壓可調(diào)的

15、特點。圖為采用W117M三端可調(diào)穩(wěn)壓器的穩(wěn)壓電路，其輸出電壓計算公式為： .()11 25 1VRORUR其中1.25V為W117M內(nèi)部提供的基準(zhǔn)電壓。值可取120或240，值可根據(jù)輸出電壓值選擇，一般為1K至幾K。一、常用電路介紹o 8、計數(shù)電路采用集成芯片CD40192可以進行BCD碼計數(shù)，為了獲得兩位數(shù)的計數(shù)?？梢詫善珻D40192進行級聯(lián)，具體的CD40192實物圖和兩位計數(shù)器的連接圖如圖所示： J21Q22Q13DOWN4UP5Q36Q47VSS8J49J310ENABLE11CO12BO13REST14J115VDD16U3CD40192BCMJ21Q22Q13DOWN4UP5Q36Q47VSS8J49J310ENABLE11CO12BO13REST14J115VDD16